Lithium gehört zu den begehrten Rohstoffen unserer Zeit. Mit einem neuen Verfahren soll seine Gewinnung einfacher, günstiger und weniger umweltschädlich werden. Entwickelt wurde es von Forschern am Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Lithium lässt sich auf zwei Arten gewinnen: Es kann unter hohem Wasserverbrauch aus Salzseen in Südamerika, etwa in Bolivien, extrahiert werden. Oder es lässt sich als lithiumhaltiges Erz abbauen. Es daraus zu extrahieren, ist jedoch aufwendig. Das von den MIT-Forschern entwickelte Verfahren vereinfacht den Prozess.

Dabei geht das Team um Camden Hunt den umgekehrten Weg des bisher angewandten Verfahrens: Statt Lithium aus dem lithiumhaltigen Mineral Spodumen zu lösen, lösen sie bei Zimmertemperatur das Spodumen in seine Bestandteile. Das erreicht das Team mit Ammoniumhydrogendifluorid (NH₄HF₂) in einer wässrigen Lösung, das die stabile Bindung von Silizium und Sauerstoff aufbricht und mit den Metallen in dem Spodumen reagiert.

So entstehen die Fluorsalze Lithiumfluorid (LiF), Ammoniumkryolith (NH₄)₃AlF₆₎und Ammoniumhexafluorsilikat (NH₄)₂SiF₆). Diese werden dann weiterverarbeitet: Das Lithiumfluorid wird in Lithiumhydroxid oder Lithiumkarbonat für die Akkuproduktion umgewandelt. Aus dem Ammoniumkryolith lässt sich in mehreren Schritten Aluminiumoxid gewinnen, das zu Aluminium verhüttet werden kann. Aus dem Ammoniumhexafluorsilikat lässt sich Siliziumdioxid herstellen, das für die Zementherstellung genutzt werden kann. Das Ammoniumhydrogendifluorid und das Wasser schließlich können weitgehend recycelt werden, sodass ein beinahe geschlossener Stoffkreislauf entsteht.

Inspiration bei der Badezimmerrenovierung

Die Idee dazu kam dem MIT-Materialforscher Ming Chiang bei der Renovierung seines Badezimmers: Er wollte durchsichtige Glasbausteine so bearbeiten, dass sie nicht mehr transparent, sondern nur noch durchscheinend sind. In einem Baumarkt fand er eine Paste, die die Oberfläche des Glases ätzte und so den gewünschten Effekt erzielte.

An diese Paste mit dem Wirkstoff Ammoniumfluorid erinnerte er sich, als er nach einer Möglichkeit suchte, Spodumen aufzuspalten. Das nämlich besteht wie Glas hauptsächlich aus Siliziumdioxid.

Lithium ist ein wichtiger Bestandteil von Akkus und gehört damit zu den sehr begehrten Rohstoffen. Die heute angewandten Verfahren, um Lithium aus Spodumen zu lösen, gehen umgekehrt vor: Dabei werden die gewünschten Rohstoffe, in diesem Fall Lithium, aus dem Silikatgerüst herausgelöst. Dafür wird das Mineral jedoch auf etwa 1000 Grad Celsius aufgeheizt und dann mit Säuren behandelt.

Dieser Prozess ist energieaufwendig – wobei große Mengen an Kohlendioxid emittiert werden – und wegen giftiger Abwässer umweltschädlich. Daneben geschieht diese Art der Lithiumextraktion hauptsächlich in China, was die Abhängigkeit in puncto Rohstoffen von diesem Land noch verstärkt.

Hoher Wasserverbrauch

Daneben ist dieses Verfahren teuer – deutlich teurer als die Gewinnung von Lithium durch Verdunstung. Dabei werden jedoch große Mengen an Grundwasser benötigt, was jedoch erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt in den trockenen Regionen Südamerikas hat.

„Bis 2040 müssen wir die globale Produktion von Lithium vervierfachen, was Hunderte neuer Anlagen für die Lithiumproduktion erfordert“, sagte Hunt, einer der Autoren der Studie, die in der Fachzeitschrift Science erschienen ist. Lithiumerze gebe es reichlich – unter anderem auch in Deutschland. Aber die Verarbeitung finde hauptsächlich in China statt.

„Unsere zentrale These lautet“, sagte Hunt: „Wenn man einen einfacheren Weg findet, das Gestein aufzubrechen, das Lithium zu extrahieren und Lithiumsalze in Akkuqualität herzustellen, kann man den Lithiummarkt verändern. Dies steht im Einklang mit aktuellen Bemühungen zur Produktion kritischer Mineralien in den USA.“

Das Team hat bereits das Unternehmen Rock Zero auf dem MIT ausgegründet, um das Verfahren zu vermarkten. Es soll von den Kosten mit der Gewinnung durch Verdunstung konkurrieren können.

(wpl)